(57)【要約】      （修正有）【課題】半導体素子の長寿命化に最適な液冷式電力変換装置を提供する。【解決手段】内部に冷却液の流れる流路を有する冷却体と、熱交換を行う熱交換器５と、冷却液を循環させるためのポンプ３と、前記冷却体と前記熱交換器５と前記ポンプ３とを接続する配管４と、前記熱交換器５をバイパスするように設けられたバイパス配管１１と、前記バイパス配管１１に設けられ、開閉可能な第１のバルブ１２と、前記熱交換機５への流入側に設けられた第２のバルブ１２ａと、前記熱交換器５からの流出側に設けられた第３のバルブ１２ｂとを有し、鉄道車両走行時には、前記第１のバルブ１２を閉じ、前記第２のバルブ１２ａ及び前記第３のバルブ１２ｂを開き、鉄道車両停止時は、前記第1のバルブ１２を開き、前記第２のバルブ１２ａ及び前記第３のバルブ１２ｂを閉じる。【選択図】図１
2005168134.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子が取り付けられ内部に冷却液の流れる流路を有する冷却体と、
前記冷却体と空気との間で熱交換を行う熱交換器と、
前記冷却体及び前記熱交換器へ冷却液を循環させるためのポンプと、
前記冷却体と前記熱交換器と前記ポンプの順に、冷却液が流れるように設けられ、前記冷却体と前記熱交換器と前記ポンプとを接続する配管と、
前記熱交換器をバイパスし、前記冷却体と前記ポンプの順に冷却液が流れるように設けられたバイパス配管と、
前記バイパス配管に設けられ、開閉可能な第１のバルブと、
前記熱交換機への流入側の前記配管に設けられ、開閉可能な第２のバルブと、
前記熱交換器からの流出側の前記配管に設けられ、開閉可能な第３のバルブとを有し、
鉄道車両走行時には、前記第１のバルブを閉じ、前記第２のバルブ及び前記第３のバルブを開き、鉄道車両停止時は、前記第1のバルブを開き、前記第２のバルブ及び前記第３のバルブを閉じることを特徴とする液冷式電力変換装置。
【請求項２】
半導体素子が取り付けられ内部に冷却液の流れる流路を有する冷却体と、
前記冷却体と空気との間で熱交換を行う熱交換器と、
前記冷却体及び前記熱交換器へ冷却液を循環させるためのポンプと、
前記冷却体と前記熱交換器と前記ポンプの順に、冷却液が流れるように設けられ、前記冷却体と前記熱交換器と前記ポンプとを接続する配管と、
前記ポンプをバイパスし、前記冷却体と前記熱交換器間で冷却液が循環するように設けられたバイパス配管と、
前記バイパス配管に設けられ、開閉可能な第１のバルブと、
前記ポンプへの流入側の前記配管に設けられ、開閉可能な第２のバルブと、
前記ポンプからの流出側の前記配管に設けられ、開閉可能な第３のバルブとを有し、
鉄道車両走行時には、前記第１のバルブを閉じ、前記第２のバルブ及び前記第３のバルブを開き、鉄道車両停止時は、前記第1のバルブを開き、前記第２のバルブ及び前記第３のバルブを閉じることを特徴とする液冷式電力変換装置。
【請求項３】
半導体素子が取り付けられ内部に冷却液の流れる流路を有する冷却体と、
前記冷却体と空気との間で熱交換を行う熱交換器と、
前記冷却体及び前記熱交換器へ冷却液を循環させるためのポンプと、
前記冷却体と前記熱交換器と前記ポンプの順に、冷却液が流れるように設けられ、前記冷却体と前記熱交換器と前記ポンプとを接続する配管と、
前記冷却体をバイパスし、前記ポンプと前記熱交換器間で冷却液が循環するように設けられたバイパス配管と、
前記バイパス配管に設けられ、開閉可能な第１のバルブと、
前記冷却体への流入側の前記配管に設けられ、開閉可能な第２のバルブと、
前記冷却体からの流出側の前記配管に設けられ、開閉可能な第３のバルブとを有し、
鉄道車両走行時には、前記第１のバルブを閉じ、前記第２のバルブ及び前記第３のバルブを開き、鉄道車両停止時は、前記第1のバルブを開き、前記第２のバルブ及び前記第３のバルブを閉じることを特徴とする液冷式電力変換装置。
【請求項４】
半導体素子が取り付けられ内部に冷却液の流れる流路を有する冷却体と、
前記冷却体と空気との間で熱交換を行う熱交換器と、
前記冷却体及び前記熱交換器へ冷却液を循環させるためのポンプと、
前記熱交換器を冷却する送風機とを有し、
鉄道車両走行時は、前記送風機を運転し、鉄道車両の停止時には前記送風機を停止することを特徴とする液冷式電力変換装置。
【請求項５】
半導体素子が取り付けられ内部に冷却液の流れる流路を有する冷却体と、
前記冷却体と空気との間で熱交換を行う熱交換器と、
前記冷却体及び前記熱交換器へ冷却液を循環させるためのポンプとを有し、
鉄道車両走行時は、前記ポンプを運転し、鉄道車両の停止時には前記ポンプを停止することを特徴とする液冷式電力変換装置。
【請求項６】
半導体素子が取り付けられ内部に冷却液の流れる流路を有する冷却体と、
前記冷却体と空気との間で熱交換を行う熱交換器と、
前記冷却体及び前記熱交換器へ冷却液を循環させるためのポンプと、
前記熱交換器を冷却する送風機と
前記半導体素子の温度を検出する温度検地手段とを有し、
前記温度検知手段により検知された前記半導体素子の温度変化を抑制するように前記送風機が加減速運転を行うことを特徴とする液冷式電力変換装置。
【請求項７】
半導体素子が取り付けられ内部に冷却液の流れる流路を有する冷却体と、
前記冷却体と空気との間で熱交換を行う熱交換器と、
前記冷却体及び前記熱交換器へ冷却液を循環させるためのポンプと、
前記熱交換器を冷却する送風機と
前記半導体素子の温度を検出する温度検地手段とを有し、
前記温度検知手段により検知された前記半導体素子の温度変化を抑制するように前記ポンプが加減速運転を行うことを特徴とする液冷式電力変換装置。
【請求項８】
スイッチングを行う半導体素子と、
前記半導体素子が取り付けられ内部に冷却液の流れる流路を有する冷却体と、
前記冷却体と空気との間で熱交換を行う熱交換器と、
前記冷却体及び前記熱交換器へ冷却液を循環させるためのポンプとを有し、
鉄道車両走行時には、前記半導体素子を強制的に冷却し、鉄道車両停車時には前記半導体素子を強制的には冷却せず、自冷させることを特徴とする液冷式電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液冷式電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の液冷式電力変換装置について図を用いて詳細に説明する。図８（ａ）は、従来の液冷式電力変換装置の配管構成図である。
【０００３】
従来の液冷式電力変換装置において、半導体素子１は冷却体となる液冷フィン２に取付けられる。この液冷フィン２は内部に冷却液の流れる流路が形成されている。液冷フィンの内部は、ポンプ３により強制的に冷却液を循環させている。配管４はポンプ３と液冷フィン２を接続し、さらに液冷フィン２と熱交換器５、熱交換器５とポンプ３とを直列ループ状に接続して循環系を形成している。ポンプ３を駆動することで冷却液が強制循環され、半導体素子１より発生する熱損失は液冷フィン２を介して液冷フィン２内部の冷却液に入熱され、熱交換器５側で大気へ熱放散するが、循環する冷却液がこの熱輸送を行なう。熱交換器５は電動送風機６により強制送風され外気への熱放散を行っている。
【０００４】
尚、図８（ａ）では液冷フィン２が循環系内に１個の冷却配管系統図を示したが、この液冷フィン２が直列に複数個接続されていたり、並列に複数個接続されている場合が多いが、本発明の説明上は違いは無いので以下液冷フィン２が１個の場合で説明する。
【０００５】
このように構成された液冷式電力変換装置は、冷媒の相変化を利用した沸騰冷却方式、ヒートパイプ冷却方式、冷媒を用いない空冷フィンによる冷却方式と比べ、強制的に冷却液を循環させることで熱伝達率が高く冷却能力に優れており、半導体素子の温度上昇を低減することができ大容量の半導体素子冷却に適しているが、熱時定数が小さく熱応答性が良いので、温度上昇変化が速い特徴がある。
【特許文献１】特開平０９−２１９９０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このように構成された液冷式電力変換装置は、冷媒の相変化を利用した沸騰冷却方式、ヒートパイプ冷却方式、冷媒を用いない空冷フィンによる冷却方式を採用した電力変換装置と比べ、強制的に冷却液を循環させることで熱伝達率が高く冷却能力に優れている。そのため、半導体素子の温度上昇を低減することができ大容量の半導体素子冷却に適しているが、熱時定数が小さく熱応答性が良いので、温度上昇変化が速いという特徴がある。即ち、冷却システムの熱時定数が小さいので間欠的な発生熱損失パターンに対し熱応答性が良く、温度上昇値の増減が他の冷却システムに比べ大きい。液冷式電力変換装置における半導体素子の温度上昇の増減具体的に図を用いて説明する。図８（ｂ）は電気鉄道車両駆動制御を行なう電力変換装置に液冷システムを適用した際の半導体素子ケース温度（冷却フィンとの接触面）７、冷却液の温度８の変化を示したものである。
【０００７】
鉄道車両の力行、制動時は電力変換装置内の半導体素子は電気通電あるいは半導体素子のスイッチング動作により熱損失が発生し半導体素子ケース温度７は上昇する。一方、鉄道車両の惰行及び停止時は、半導体素子からの熱損失の発生は無くケース温度７は下降する。力行から惰行、惰行から力行、あるいは力行〜惰行〜制動の繰り返しとなる走行中は半導体素子ケース温度７は小さな温度変化（ΔTc1）９を繰り返すが、駅での停車時には走行中と比べ長時間に亘って半導体素子からの熱損失が発生しないので半導体素子ケース温度７は走行時よりも大きく温度が低減し、大きな温度変化（ΔTc2）１０となる。
【０００８】
ここでこの冷却システム中の強制循環される冷却液の温度８の変化に注目すると、半導体ケース温度７の小さな温度変化（ΔTc1）９の際は、冷却液の温度８の温度変化は極めて小さく冷却フィン２の半導体素子１が接触している近傍部分の熱定数により半導体素子ケース温度７が変化している。これはこの液冷システムに限らず他の例えばヒートパイプ冷却の場合でも同じような温度変化を示すことを意味する。
【０００９】
一方、半導体ケース温度７の大きな温度変化（ΔTc2）１０の際は、冷却液の温度８の温度上昇値の低減とほぼ同じ値で温度低減している。つまり液冷式では冷却液が強制的に循環冷却されているので、駅停車時により大きく液温が低減されることになる。
【００１０】
ところで、半導体素子の内部には種々の材料が使われており、それらの間は半田等で接合されていることから、半導体素子の温度変化は素材の熱膨張率の違いにより引き起こされる熱疲労の要因となっている。そのため、半導体素子の寿命にはこの温度変化が大きく影響するので、温度変化幅を小さくする、あるいは温度変化のサイクル数を少なくすることが半導体素子の長寿命化には重要である。半導体素子の最大温度上昇値を抑える目的からは、液冷式は冷却システムの熱抵抗が小さく（熱伝達率が大きく）優れた冷却システムであるが、温度変化幅が大きくなる点が半導体素子の寿命の観点からは憂慮すべき点である。
【００１１】
そこで、本発明の目的は、上述の大きな温度変化（ΔTc2）の際の変化幅を低減し、半導体素子の長寿命化に最適な液冷式電力変換装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題は、半導体素子が取り付けられ内部に冷却液の流れる流路を有する冷却体と、前記冷却体と空気との間で熱交換を行う熱交換器と、前記冷却体及び前記熱交換器へ冷却液を循環させるためのポンプと、前記冷却体と前記熱交換器と前記ポンプの順に、冷却液が流れるように設けられ、前記冷却体と前記熱交換器と前記ポンプとを接続する配管と、前記熱交換器をバイパスし、前記冷却体と前記ポンプの順に冷却液が流れるように設けられたバイパス配管と、前記バイパス配管に設けられ、開閉可能な第１のバルブと、前記熱交換機への流入側の前記配管に設けられ、開閉可能な第２のバルブと、前記熱交換器からの流出側の前記配管に設けられ、開閉可能な第３のバルブとを有し、鉄道車両走行時には、前記第１のバルブを閉じ、前記第２のバルブ及び前記第３のバルブを開き、鉄道車両停止時は、前記第1のバルブを開き、前記第２のバルブ及び前記第３のバルブを閉じることによって達成できる。
【００１３】
上記課題は、半導体素子が取り付けられ内部に冷却液の流れる流路を有する冷却体と、前記冷却体と空気との間で熱交換を行う熱交換器と、前記冷却体及び前記熱交換器へ冷却液を循環させるためのポンプと、前記冷却体と前記熱交換器と前記ポンプの順に、冷却液が流れるように設けられ、前記冷却体と前記熱交換器と前記ポンプとを接続する配管と、前記ポンプをバイパスし、前記冷却体と前記熱交換器間で冷却液が循環するように設けられたバイパス配管と、前記バイパス配管に設けられ、開閉可能な第１のバルブと、前記ポンプへの流入側の前記配管に設けられ、開閉可能な第２のバルブと、前記ポンプからの流出側の前記配管に設けられ、開閉可能な第３のバルブとを有し、鉄道車両走行時には、前記第１のバルブを閉じ、前記第２のバルブ及び前記第３のバルブを開き、鉄道車両停止時は、前記第1のバルブを開き、前記第２のバルブ及び前記第３のバルブを閉じることによって達成できる。
【００１４】
上記課題は、半導体素子が取り付けられ内部に冷却液の流れる流路を有する冷却体と、前記冷却体と空気との間で熱交換を行う熱交換器と、前記冷却体及び前記熱交換器へ冷却液を循環させるためのポンプと、前記冷却体と前記熱交換器と前記ポンプの順に、冷却液が流れるように設けられ、前記冷却体と前記熱交換器と前記ポンプとを接続する配管と、前記冷却体をバイパスし、前記ポンプと前記熱交換器間で冷却液が循環するように設けられたバイパス配管と、前記バイパス配管に設けられ、開閉可能な第１のバルブと、前記冷却体への流入側の前記配管に設けられ、開閉可能な第２のバルブと、前記冷却体からの流出側の前記配管に設けられ、開閉可能な第３のバルブとを有し、鉄道車両走行時には、前記第１のバルブを閉じ、前記第２のバルブ及び前記第３のバルブを開き、鉄道車両停止時は、前記第1のバルブを開き、前記第２のバルブ及び前記第３のバルブを閉じることによって達成できる。
【００１５】
上記課題は、半導体素子が取り付けられ内部に冷却液の流れる流路を有する冷却体と、前記冷却体と空気との間で熱交換を行う熱交換器と、前記冷却体及び前記熱交換器へ冷却液を循環させるためのポンプと、前記熱交換器へ冷却する送風機とを有し、鉄道車両走行時は、前記送風機を運転し、鉄道車両の停止時には前記送風機を停止することによって達成できる。
【００１６】
上記課題は、半導体素子が取り付けられ内部に冷却液の流れる流路を有する冷却体と、前記冷却体と空気との間で熱交換を行う熱交換器と、前記冷却体及び前記熱交換器へ冷却液を循環させるためのポンプとを有し、鉄道車両走行時は、前記ポンプを運転士、鉄道車両の停止時には前記ポンプを停止することによって達成できる。
【００１７】
上記課題は、半導体素子が取り付けられ内部に冷却液の流れる流路を有する冷却体と、前記冷却体と空気との間で熱交換を行う熱交換器と、前記冷却体及び前記熱交換器へ冷却液を循環させるためのポンプと、前記熱交換器へ冷却する送風機と前記半導体素子の温度を検出する温度検地手段とを有し、前記温度検知手段により検知された前記半導体素子の温度変化を抑制するように前記送風機が加減速運転を行うことによって達成できる。
【００１８】
上記課題は、半導体素子が取り付けられ内部に冷却液の流れる流路を有する冷却体と、前記冷却体と空気との間で熱交換を行う熱交換器と、前記冷却体及び前記熱交換器へ冷却液を循環させるためのポンプと、前記熱交換器へ冷却する送風機と前記半導体素子の温度を検出する温度検地手段とを有し、前記温度検知手段により検知された前記半導体素子の温度変化を抑制するように前記ポンプが加減速運転を行うことによって達成できる。
【００１９】
上記課題は、スイッチングを行う半導体素子と、前記半導体素子が取り付けられ内部に冷却液の流れる流路を有する冷却体と、前記冷却体と空気との間で熱交換を行う熱交換器と、前記冷却体及び前記熱交換器へ冷却液を循環させるためのポンプとを有し、鉄道車両走行時には、前記半導体素子を強制的に冷却し、鉄道車両停車時には前記半導体素子を強制的には冷却せず、自冷させることにより達成できる。
【発明の効果】
【００２０】
半導体素子の長寿命化に最適な液冷式電力変換装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
（第１の実施の形態）
本発明に基づく第１の実施の形態の液冷式電力変換装置について、図を参照し詳細に説明する。図１（ａ）は、本発明の基づく第１の実施の形態の液冷式電力変換装置の冷却配管系統図である。図１（ｂ）は、本発明に基づく第１の実施の形態の液冷式電力変換装置の半導体素子ケース温度（冷却フィンとの接触面）７と冷却液の温度８の変化を示したものである。尚、図８に記載したものと構造上同一のものについては同符号を付して説明を省略する。
【００２２】
本発明に基づく第１の実施の形態の液冷式電力変換装置において、半導体素子１は冷却体となる液冷フィン２に取付けられるが、この液冷フィン２は内部に冷却液の流れる流路が形成されており、ポンプ３により内部に強制的に冷却液を循環させる。配管４はポンプ３と液冷フィン２を接続し、さらに液冷フィン２と熱交換器５、熱交換器５とポンプ３とを直列ループ状に接続して循環系を形成している。この循環系に熱交換器５をバイパスするようバイパス配管１１が接続される。バイパス配管１１はその一端を冷却フィン２と熱交換器５を接続する配管に接続し、もう一端をポンプ３と熱交換器５を接続する配管に接続し、バイパス配管１１の途中に第１のバルブ１２を設け、冷却フィン２と熱交換器５の間の配管のバイパス配管１１の接続部よりも熱交換器５側に第２のバルブ１２ａを設け、ポンプ３と熱交換器５間の配管のバイパス配管１１の接続部よりも熱交換器５側に第３のバルブ１２ｂを設ける。ここで第１〜第３のバルブ１２、１２ａ、１２ｂは何れも電気信号により開閉可能なバルブである。又、熱交換器５は電動送風機６により強制送風されている。
【００２３】
このように構成された液冷式電力変換装置において、鉄道車両走行時は第２のバルブ１２ａと、第３のバルブ１２ｂを開き、第１のバルブ１２を閉じて熱交換器５側へ冷却液を循環させる循環系を構成する。つまり第１のバルブ１２が閉じていることでバイパス配管１１内を冷却液が循環することは無い。
【００２４】
このように構成された液冷式電力変換装置において、ポンプ３を駆動することで冷却液が強制循環されるが、半導体素子１より発生する熱損失は液冷フィン２を介して液冷フィン２内部の冷却液に伝熱され、熱交換器５側で大気へ熱放散するが、循環する冷却液がこの熱輸送を行ない、熱交換器５は電動送風機６により強制送風され外気への熱放散を行っている。
【００２５】
一方、鉄道車両の駅停止時は第２のバルブ１２ａ、第３のバルブ１２ｂを閉じ、第１のバルブ１２を開いてバイパス配管１１側へ冷却液を循環させる構成とする。この際、熱交換器５側へは冷却液は循環されず、バイパスされた循環系側で冷却液が強制的に放熱されることが無く冷却液の温度低減が抑えられる。
【００２６】
このように構成された液冷式電力変換装置において、駅停車時の半導体素子ケース温度７の大きな温度変化（ΔTc2’）１０ａの変化幅は小さい。そのため、半導体素子の長寿命化が可能となる。つまり、駅停止時にはバイパス配管１１側を冷却液が循環するよう前記バルブ１２，１２ａ，１２ｂの開閉を行なったことで、熱交換器５部分に冷却液が循環されないので冷却液の温度８が大きく低減することが無く、半導体素子ケース温度７の大きな温度変化（ΔTc2’）１０ａも変化幅が小さくなる（図１（ｂ）参照）。
【００２７】
このように構成された液冷式電力変換装置は、温度変化幅（ΔTc）が低減され両対数グラフ故、耐繰り返し回数(N)は大幅に増大され、半導体素子の長寿命化が達成できる（図１（ｃ）参照：半導体素子の温度変化繰り返しに対する寿命曲線、温度変化幅（ΔTc）と繰り返し回数(N)の両対数グラフ上で右下がりとなる）。
【００２８】
尚、本実施の形態の液冷式電力変換装置では、バイパス配管１１より熱交換器５への流入側及び流出側となる配管２箇所にバルブを設け第２のバルブ１２ａ、第３のバルブ１２ｂとして説明したが、いずれか一方のみにバルブを設けても同様の作用、効果があることはいうまでもない。
【００２９】
このように構成された液冷式電力変換装置は、鉄道車両走行時には、前記半導体素子を強制的に冷却し、鉄道車両停車時には前記半導体素子を強制的には冷却していないので、半導体素子の温度変化幅が縮小され、半導体素子の長寿命化に最適な液冷式電力変換装置を提供することができる。
【００３０】
（第２の実施の形態）
本発明に基づく第２の実施の形態の液冷式電力変換装置について、図を参照し詳細に説明する。図２は本発明の第２の実施の形態の液冷式電力変換装置の冷却配管系統図である。
【００３１】
本発明に基づく第１の実施の形態の液冷式電力変換装置では、熱交換器５をバイパスするようにバイパス配管１１を設けたが、ここでは液冷フィン２、熱交換器５の双方ともバイパスするようバイパス配管１１ａを設けた。つまり、ポンプ３への流入側及び流出側の2本の配管部分にポンプ３と並列にバイパス配管１１ａを接続し、この配管が液冷フィン２と熱交換器５とをバイパスした循環系を形成するよう開閉可能なバルブが設けたものであり、バイパス配管１１ａはその一端をポンプ３と液冷フィン２とを接続する配管に接続し、もう一端をポンプ３と熱交換器５を接続する配管に接続し、バイパス配管１１ａの途中に第１のバルブ１２を設け、ポンプ３と液冷フィン２との配管のバイパス配管１１ａ接続部よりも液冷フィン２側に第２のバルブ１２ｃを設け、ポンプ３と熱交換器５間の配管のバイパス配管１１ａ接続部よりも熱交換器５側に第３のバルブ１２ｄを設けている。
【００３２】
このように構成された液冷式電力変換装置は、鉄道車両走行時は第２のバルブ１２ｃ、第３のバルブ１２ｄを開き、第１のバルブ１２を閉じて液冷フィン２及び熱交換器５側へ冷却液を循環させ、駅停止時は第２のバルブ１２ｃ、第３のバルブ１２ｄを閉じ、第１のバルブ１２を開いてバイパス配管１１ａ側へ冷却液を循環させる。これにより、鉄道車両走行時はバイパス配管１１ａは閉じており液冷フィン２、熱交換器５側の循環系を冷却液が流れ、停止時にはバイパス配管１１ａ側を冷却液が循環し液冷フィン２、熱交換器５側の冷却液が循環しないので冷却液の温度が大きく低減することが無く、半導体素子ケース温度の大きな温度変化（ΔTc2）の変化幅が小さくなり半導体素子の長寿命化が達成できる。つまり第１の実施の形態と同様の効果がある。
【００３３】
このように構成された液冷式電力変換装置は、半導体素子の長寿命化に最適な液冷式電力変換装置を提供することができる。
【００３４】
尚、ここでもバイパスさせる為の第２のバルブ１２ｃ、第３のバルブ１２ｄは何れか一方のみに設置しても同様の作用、効果がある。
【００３５】
（第３の実施の形態）
本発明に基づく第３の実施の形態の液冷式電力変換装置について、図を参照し詳細に説明する。図３は本発明の第３の実施の形態の液冷式電力変換装置の冷却配管系統図である。
【００３６】
本発明に基づく第３の実施の形態の液冷式電力変換装置では、液冷フィン２をバイパスするようバイパス配管１１ｂを設けた。バイパス配管１１ｂはその一端をポンプ３と液冷フィン２を接続する配管に接続し、もう一端を液冷フィン２と熱交換器５を接続する配管に接続し、バイパス配管１１ｂの途中に第１のバルブ１２を設け、ポンプ３と液冷フィン２間の配管のバイパス配管１１ｂ接続部よりも液冷フィン２側に第２のバルブ１２ｅを設け、液冷フィン２と熱交換器５間の配管のバイパス配管１１ｂ接続部よりも液冷フィン２側に第３のバルブ１２ｆを設けている。鉄道車両走行時は第２のバルブ１２ｅ、第３のバルブ１２ｆを開き、第１のバルブ１２を閉じて液冷フィン２側へ冷却液を循環させ、駅停止時は第２のバルブ１２ｅ、第３のバルブ１２ｆを閉じ、第１のバルブ１２を開いてバイパス配管１１ｂ側へ冷却液を循環させるものである。これにより、鉄道車両停止時にはバイパス配管１１ｂ側を冷却液が循環し液冷フィン２の冷却液が循環しないので液冷フィン２内部の冷却液の温度が大きく低減することが無く、半導体素子ケース温度の大きな温度変化（ΔTc2）の変化幅が小さくなり、第１，２の実施の形態と同様、半導体素子の長寿命化が達成できる。つまり第１の実施の形態と同様の効果がある。又．駅停止時に液冷フィン２内部の冷却液は強制的に冷却されないが、ポンプ３、熱交換器５は冷却液が循環されており、熱交換器５から大気への熱放散は行われているので液冷フィン２内部以外の冷却液は強制冷却されている。この状態から鉄道車両が走行を再開すると、循環系は本来の配管（バイパス配管は閉じられる）となり、温度の低減された冷却液が冷却フィン２内部に流れ込み始めることになるので、鉄道車両走行し始めの急激な温度上昇を緩和する効果もある。
【００３７】
このように構成された液冷式電力変換装置は、半導体素子の長寿命化に最適な液冷式電力変換装置を提供することができる。
【００３８】
尚、ここでもバイパスさせる為の第２のバルブ１２ｅ、第３のバルブ１２ｆは何れか一方のみに設置しても同様の作用、効果がある。
【００３９】
（第４の実施の形態）
本発明に基づく第４の実施の形態の液冷式電力変換装置について、図を参照し詳細に説明する。図４は本発明の第４の実施の形態の液冷式電力変換装置の冷却配管系統図である。
【００４０】
本発明に基づく第４の実施の形態の液冷式電力変換装置では、熱交換器５を強制送風する電動送風機６の動作を鉄道車両走行時と停止時とで異ならせることで半導体素子ケース温度の変化幅を低減させている。つまり電動送風機６は補助電源１３により電力供給されるが、補助電源１３と電動送風機６の間に設けたスイッチ１４を開くことで駅停止時に電動送風機６を停止する、あるいは補助電源１３を可変電圧可変周波数制御（以下ＶＶＶＦと呼ぶ）可能な交流電源とすることで、鉄道車両停止時は熱交換器５に積極的に送風しないような電動送風機６の減速運転制御を行い、図１（ｂ）に示したものと同様に半導体素子ケース温度の大きな温度変化を抑制することができる。加えてＶＶＶＦ制御することで電動送風機の加減速運転がスムーズに行なえ、電動送風機起動時の突入電流の低減、電動送風機の信頼性向上につながるメリットもある。
【００４１】
このように構成された液冷式電力変換装置は、半導体素子の長寿命化に最適な液冷式電力変換装置を提供することができる。
【００４２】
（第５の実施の形態）
本発明に基づく第５の実施の形態の液冷式電力変換装置について、図を参照し詳細に説明する。図５は本発明の第５の実施の形態の液冷式電力変換装置の冷却配管系統図である。
【００４３】
本発明に基づく第５の実施の形態の液冷式電力変換装置は、これまで説明してきた他の実施の形態と異なり配管系統は従来装置の配管系統と同一であるが、ポンプ３の動作を鉄道車両走行時と停止時とで異ならせることで半導体素子ケース温度の変化幅を低減させている。つまりポンプ３は補助電源１３ａにより電力供給されるが、補助電源１３ａとポンプ３の間に設けたスイッチ１４ａを開くことで駅停止時にポンプ３を停止する、あるいは補助電源１３ａをＶＶＶＦ制御可能な交流電源とすることで、鉄道車両停止時は冷却液を積極的に冷却しないようなポンプ３の減速運転制御を行い、図１（ｂ）に示したものと同様に半導体素子ケース温度の大きな温度変化を抑制することができる。
【００４４】
このように構成された液冷式電力変換装置は、半導体素子の長寿命化に最適な液冷式電力変換装置を提供することができる。
【００４５】
（第６の実施の形態）
本発明に基づく第６の実施の形態の液冷式電力変換装置について、図を参照し詳細に説明する。図６は本発明の第６の実施の形態の液冷式電力変換装置の冷却配管系統図である。
【００４６】
本発明に基づく第６の実施の形態の液冷式電力変換装置において、前述第４の実施の形態と同様に、電動送風機６に電力供給を行なう補助電源１３はＶＶＶＦ制御可能な交流電源であり、液冷フィン２の半導体素子１近傍に設けた温度検知手段１５の情報により、補助電源１３はＶＶＶＦ制御される。
【００４７】
このように構成された液冷式電力変換装置は、半導体素子１の温度上昇値変化量を所定の値以下となるよう温度検知手段１５で監視することで、鉄道車両停止時だけでなく走行中も、電動送風機６の加減速運転制御を行い、半導体素子ケース温度の大きな温度変化を抑制することができる。
【００４８】
このように構成された液冷式電力変換装置は、半導体素子の長寿命化に最適な液冷式電力変換装置を提供することができる。
【００４９】
（第７の実施の形態）
本発明に基づく第７の実施の形態の液冷式電力変換装置について、図を参照し詳細に説明する。図７は本発明の第７の実施の形態の液冷式電力変換装置の冷却配管系統図である。
【００５０】
本発明に基づく第７の実施の形態の液冷式電力変換装置において、前述第５の実施の形態と同様に、ポンプ３に電力供給を行なう補助電源１３ａは、ＶＶＶＦ制御可能な交流電源であり、液冷フィン２の半導体素子１近傍に設けた温度検知手段１５の情報により、補助電源１３ａはＶＶＶＦ制御される。
【００５１】
このように構成された液冷式電力変換装置は、半導体素子１の温度上昇値変化量を所定の値以下となるよう温度検知手段１５で監視することで、鉄道車両停止時だけでなく走行中も、ポンプ３の加減速運転制御を行い、半導体素子ケース温度の大きな温度変化を抑制することができる。
【００５２】
このように構成された液冷式電力変換装置は、半導体素子の長寿命化に最適な液冷式電力変換装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】（ａ）本発明に基づく第１の実施の形態の液冷式電力変換装置の構成図である。
【００５４】
（ｂ）本発明に基づく第１の実施の形態の液冷式電力変換装置の半導体素子ケース温度（冷
却フィンとの接触面）７と冷却液の温度８の変化をあらわす図である。
【００５５】
（ｃ）半導体素子の温度変化繰り返しに対する寿命曲線である。
【図２】本発明に基づく第２の実施の形態の液冷式電力変換装置の構成図である。
【図３】本発明に基づく第３の実施の形態の液冷式電力変換装置の構成図である。
【図４】本発明に基づく第４の実施の形態の液冷式電力変換装置の構成図である。
【図５】本発明に基づく第５の実施の形態の液冷式電力変換装置の構成図である。
【図６】本発明に基づく第６の実施の形態の液冷式電力変換装置の構成図である。
【図７】本発明に基づく第７の実施の形態の液冷式電力変換装置の構成図である。
【図８】（ａ）従来の液冷式電力変換装置の構成図である。
【００５６】
（ｂ）従来の液冷式電力変換装置の半導体素子ケース温度（冷却フィンとの接触面）７と冷却
液の温度８の変化をあらわす図である。
【符号の説明】
【００５７】
１・・・半導体素子
２・・・液冷フィン
３・・・ポンプ
４・・・配管、
５・・・熱交換器
６・・・電動送風機
７・・・半導体素子ケース温度（冷却フィンとの接触面）
８・・・冷却液の温度
９・・・半導体素子ケース温度の小さな温度変化（ΔTc1）
１０，１０ａ・・・半導体素子ケース温度の大きな温度変化（ΔTc2）
１１，１１ａ，１１ｂ・・・バイパス配管
１２，１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ，１２ｅ，１２ｆ・・・バルブ
１３，１３ａ・・・補助電源
１４，１４ａ・・・スイッチ
１５・・・温度検知手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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